biologi sel

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL

Oleh : Saefudin

Biologi sel (juga disebut sitologi, dari bahasa Yunani kytos, "wadah") adalah ilmu

yang mempelajari sel. Pengetahuan akan komposisi dan cara kerja sel merupakan halmendasar bagi semua bidang ilmu biologi. Pengetahuan akan persamaan dan perbedaan diantara berbagai jenis sel merupakan hal penting khususnya bagi bidang biologi sel danbiologi molekular. Persamaan dan perbedaan mendasar tersebut menimbulkan temapemersatu,

yang memungkinkan prinsip-prinsip

yang dipelajari

dari suatu sel

diekstrapolasikan dan digeneralisasikan pada jenis sel lain. Penelitian biologi sel berkaitanerat dengan genetika, biokimia, biologi molekular, dan biologi perkembangan.

Mahluk hidup seluler baik yang bersel tunggal (unicellular) maupun yang bersel

banyak (multicellular) berdasarkan pada beberapa sifatnya, antara lain ada tidaknya sistemendomembran, dikelompokkan dalam dua tipe sel, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik.Sel prokariotik, merupakan tipe sel yang tidak memiliki sistem endomembran sehingga seltipe ini memiliki materi inti yang tidak dibatasi oleh sistem membran, tidak memiliki organelyang dibatasi oleh sistem membran. Sel prokariotik terdapat pada bakteri dan ganggang biru.Sedangkan sel eukariotik merupakan tipe sel yang memiliki sistem endomembran. Pada seleukariotik, inti tampak jelas karena dibatasi oleh sistem membran. Pada sel ini, sitoplasmamemiliki berbagai jenis organel seperti antara lain: badan Golgi, retikulum endoplasma (RE),kloroplas (kuhusus pada tumbuhan), mitokondria, badan mikro, dan lisosom.

A. Struktur dan Fungsi Sel Prokariotik

Bakteri merupakan salah satu contoh organisme yang memiliki sel tipe prokariotik.

Untuk itu mempelajari struktur dan fungsi pada sel prokariotik, sel bakteri merupakan contohyang cukup mewakili dari berbagai tipe sel prokariotik. Bakteri memiliki ukuran (panjang)berkisar antara 0,15 – 15µ. Struktur sel bakteri terdiri dari bagian luar sebagai penutup seldan sitoplasma (Gambar 1).

Bagian luar sel bakteri terdiri dari: kapsula, dinding sel, dan membran plasma.

Kapsula yaitu bagian yang paling luar berupa lendir yang berfungsi untuk melindungi sel.Bahan kimia pembangun kapsula adalah polisakarida.

Dinding sel terdiri dari berbagai

bahan seperti karbohidrat, protein, dan beberapa garam anorganik serta berbagai asamamino. Berdasarkan struktur dinding selnya bakteri dikelompokkan menjadi bakteri Gramnegatif dan Gram positif (lihat Gambar 2). Fungsi dinding sel yaitu sebagai pelindung,mengatur pertukaran zat dan reproduksi. Sedangkan membran dalam merupakan bagian

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

penutup yang paling dalam. Membran plasma bakteri mengadung enzim oksida dan respirasi.Fungsinya serupa dengan fungsi mitokondria pada sel eukariotik. Membran plasmapadabakteri membentuk lipatan-lipatan yang berlapis-lapis. Lipatan ini disebut desmosom. Padabeberapa daerah membran plasma membentuk lipatan ke arah dalam disebut mesosom.Fungsi mesosom yaitu untuk respirasi dan sekresi dan menerima DNA pada saat konyugasi.Beberapa bakteri memiliki alat gerak berupa flagel. Beberapa bakteri lainnya mengandungvilli yang berfungsi untuk melekatkan diri.

Sitoplasma merupakan bagian dalam sel bakteri. Sitoplasma berbentuk koloid yang

agak padat yang mengandung butiran-butiran protein, glikogen, lemak dan berbagai jenisbahan lainnya. Pada sitoplasma sel bakteri tidak ditemukan organel-organel yang memilikisistem endomembran seperti badan Golgi, retikulum endoplasma (RE), kloroplas,mitokondria, badan mikro, dan lisosom. Sedangkan ribosom banyak ditemukan padasitoplasma bakteri. Materi genetik bakteri berupa DNA atau kromosom bakteri ataugenophore terdapat dalam sitoplasma, di daerah inti yang tidak dibatasi oleh sistem membran,yang disebut nucleoid. Pada beberapa bakteri di dalam sitoplasmanya ada yang mengandungkromophore yaitu bakteri yang mengandung krlorofil.

Gambar 1. Struktur umum sel prokariotik terdiri dari kapsul, dinding sel

(membran luar danpeptidoglikan merupakan anggota karbohidrat), membran plasma, sitoplasma yangmengandung ribosom dan nukleoid.


Gambar 2. Struktur dinding bakteri Gram positif dan bakteri Gram negatif. Bandingkan

komponen utama dinding sel kedua jenis bakteri, bagaimana letak peptidoglikanpada kedua bakteri tersebut. Peptidoglikan inilah yang membedakan hasilpewarnaan Gram yang berbeda pada kedua bakteri tersebut. (Sumber : Campbellet al., 2000)

B. Struktur dan Fungsi Sel Eukariotik

Sel eukariotik merupakan sel yang memiliki sistem endomembran. Sel tipe ini secara

struktural memiliki sejumlah organel pada sitoplasmanya. Organel tersebut memiliki fungsiyang sangat khas yang berkaitan satu dengan yang lainnya dan berperan penting untukmenyokong fungsi sel. Organisme yang memiliki tipe sel ini antara lain hewan, tumbuhan,dan jamur baik multiseluler maupun yang uniseluler.

Tipe sel eukariotik pada tumbuhan sedikit berbeda dengan pada hewan. Padasel

hewan, pada bagian luar sel tidak ditemukan adanya dinding sel, sebaliknya pada tumbuhan

dan jamur ditemukan adanya dinding sel. Walaupun demikian dinding sel tumbuhandan seljamur secara kimiawi berbeda penyusunnya. Pada jamur didominasi oleh chitin sedangkanpada tumbuhan selulosa. Pada tumbuhan ditemukan adanya organel kloroplas sedangkanpada jamur dan hewan tidak ditemukan. Selain perbedaan tersebut pada dasarnya baik selhewan, tumbuhan, dan jamur memiliki struktur yang serupa.


Gambar 3. Sel hewan, tampak dalam gambar di atas struktur sel hewan yang memiliki

sistem endomembran sehingga pada sel tipe ini ditemukan berbagai organelpada sitoplasmanya. Pada gambar tampak organel badan Golgi (apparatusGolgi), RE (kasar dan halus), mitokondria, dan peroksisom (bagian daribadan mikro), selain itu tampak adanya ribosom, sentriol, dan sitoskeletonyang memiliki peran penting di dalam sel.

Gambar 4. Sel tumbuhan, tampak dalam gambar di atas struktur sel tumbuhanyang

memiliki sistem endomembran sehingga pada sel tipe ini ditemukan berbagaiorganel pada sitoplasmanya. Pada gambar tampak organel kloroplas,hanyaterdapat pada tumbuhan, selain organel yang serupa ditemukan padaselhewan. Selain itu tampak adanya beberapa bagian sel yang hanya dimilikioleh tumbuhan seperti : dinding sel dan plasmodesmata.

Membran sel tersusun oleh lipoprotein. Struktur umumnya dapat dilihat pada

Gambar 5. Membran sel membatasi segala kegiatan yang terjadi di dalam sel sehingga tidakmudah terganggu oleh pengaruh dari luar. Karena fungsi ini, membran sel bersifat 'selektifpermeabel', dapat menentukan bahan-bahan tertentu saja yang bisa masuk ke dan keluar darisel. Pada sel tumbuhan, membran sel dalam keadaan normal melekat pada dinding sel akibattekanan turgor dari dalam sel.

Gambar 5. Struktur membran sel, tampak di atas salah satu model membran plasma yang

paling banyak diterima model mosaik cair. Strukturnya bilayer lipid denganprotein integral (menembus bagian bilayer lipid) dan protein peripheral(menempel pada salah satu lapisan lipid, baik bagian luar maupun di dalamsel). Selian itu juga ditemukan berbagai macam bahan lainnya misalnyakarbohidrat.

Sitoplasma merupakan zat yang terdapat di antara inti sel dan membran plasma.

Substansi sitoplasma yang permanen dan berperan aktif dalam proses metabolismedisebutorganel. Organel terdiri atas: retikulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, kloroplas(khusus tumbuhan), lisosom, dan badan mikro merupakan kelompok organel yang dikelilingioleh membran, sedangkan organel lainnya yang tidak dikelilingi oleh membran antara lainribosom dan sentriol. Organel-organel tersebut memiliki struktur dan fungsi masing-masing


yang khas yang membentuk satu kesatuan untuk mendukung aktivitas sel. Selain itu,sitoskelet sebagai bagian dari sitoplama merupakan bagian yang cukup penting dari sel

Bagian sitoplasma yang tidak termasuk organel disebut dengan sitosol, biasanya

berupa hasil metabolisme sel atau substansi yang dimakan sel, misalnya butir-butir sekret;cadangan makanan seperti lemak, karbohidrat, dan protein; kristal dan pigmen. Selain itujuga ditemukan adanya vakuola, pada hewan biasanya relatif kecil. Sedangkan padatumbuhan relatif lebih besar, dan bila sel sudah tua sel didominasi oleh vakuola. Vakuolapada tumbuhan berfungsi antara lain tempat penyimpanan cadangan makanan.

Retikulum Endoplasma (RE). Retikulum endoplasma merupakan membranlipoprotein pada sitoplasma yang terdapat antara membran inti dan membran sitoplasma. Adadua macam RE. RE ganuler (RE kasar) bila pada permukaan membran RE ini menempelribosom. RE halus atau non granuler bila pada membran RE tidak ada ribosom.Fungsiorganel ini memproses lebih lanjut protein, lipid atau bahan lainnya yang akandisekresikansehingga produk yang dihasilkan sesuai dengan keperluannya. Dalam bentuk vesikula(gelembung) produk dari RE ditransportasi ke badan Golgi.

Gambar 6. Retikulum endoplasma. Tampak hasil gambar mikroskop elektron padasisi kiri

yang menunjukkan potongan RE dalam dua dimensi. Pada dasarnya REmerupakan struktur tertutup dari sitoplasma.


Badan Golgi (bahasa Inggris: golgi apparatus, golgi body, golgi complex ataudictyosome) adalah organel yang dihubungkan dengan fungsi ekskresi sel, dan struktur inidapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa. Organel ini banyak dijumpaipada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal.Badan Golgi berfungsimenghasilkan sekret berupa butiran getah, lisosom primer, menyimpan protein dan enzimyang akan disekresikan. Pada sel tumbuhan badan Golgi disebut diktiosom. Organel inimenerima bahan, diolah dan akan disekresikan, dari RE.

Gambar 7. Badan Golgi. Badan Golgimemodifikasi protein dariRE dan mengirimkannyadengan tepat pada targetyang dituju di dalam atau diluar sel

Lisosom terdapat pada sel hewan, bentuknya seperti bola dan ukuran diameternya

kurang lebih 500nm. Lisosom mengandung enzim yang berfungsi untuk mencernakan bahanmakanan yang masuk ke dalam sel baik secara pinositis (makanannya berupa cairan) maupunsecara fagositis (makannya berupa padat). Pada Gambar 8 tampak lisosom primer yang barudibentuk oleh badan Golgi yang mengadung enzim hidrolase yang bersifat laten.

2

Lisosomprimer bergabung dengan vakuola makanan membentuk lisosom skunder dan terjadilahproses pencernaan. Bahan yang bisa dicerna dikeluarkan ke sitoplasma sedangkansisanya dikeluarkan dari sel.


Gambar 8. Rangkaian fungsi lisosom sebagai bagian dariproses pencenaan yang terjadi di dalam sel.

Ribosom merupakan komponen penting di dalam sel. Ukurannya berkisar 20-25nm.

Ribosom tersusun dari RNA dan protein, terdiri dari sub unit besar dan sub unit kecil. Subunit besar dan sub unit kecil akan bergabung bila ribosom sedang menjalankan fungsinyayaitu sintesis protein. Bila sintesis protein sudah selesai maka sub unit besar dan sub unitkecil akan berpisah kembali. Ribosom ada yang bebas terdapat di dalam sitoplasma dan adajuga yang menempel pada RE. Sub unit kecil merupakan tempat menempelnya mRNA yangmembawa kode genetik yang akan ditranslasi menjadi polipeptida, sedangkan sub unit besarmerupakan tempat menempelnya tRNA yang membawa asam amino yang akan dirangkaimenjadi polipetida.

Badan mikro dibedakan dua kelas utama, yaitu peroksisom dan glioksisom.Peroksisom mengandung enzim katalase dan oksidase terdapat pada hewan dan tumbuhan.Sedangkan glioksisom umum terdapat pada endosperm biji dan berperan dalam


perkecambahan selain mengandung katalase dan oksidase mengadung sebagian atau seluruhenzim daur glioksilat (proses pembentukan sumber energi untuk pertumbuhan darilemak).Secara umum badan mikro berfungsi di dalam mengoksidasi lemak sebagai sumber energi.

Dinding sel. Dinding sel hanya terdapat pada tumbuhan dan jamur. Fungsi dinding sel

yaitu melindungi sitoplasma dan membran sitoplasma. Pada beberapa sel tumbuhansel yangsatu dengan sel yang lainnya dihubungkan dengan suatu celah yang disebut plasmodesmata.Bahan utama dinding sel pada tumbuhan adalah selulosa sedangkan pada jamur umumnyachitin.

Nukleus atau inti sel. Bagian-bagian inti sel terdiri dari membran inti, nukleoplasma

(kariolimp) dan kromosom, serta nukleolus. Membran inti memisahkan inti sel dansitoplasma. Membran inti terdiri atas dua lapisan membran dan pada daerah-daerah tertentuterdapat pori-pori yang berfungsi sebagai tempat keluar masuknya bahan kimia. Lapisanmembran yang sebelah luar berhubungan dengan membran retikulum endoplasma. Inti selmengandung nukleoplasma, yaitu suatu cairan kental berbentuk jeli. Bahan kimiayangterdapat

pada nukleoplasma antara lain larutan fosfat, gula ribosa (pentosa), protein,

nukleotida, dan asan nukleat. Pada nukleoplasma terdapat benang-benang kromatin yangtampak jelas pada saat pembelahan sel membentuk kromosom. Fungsi kromosom yaitumengontrol aktivitas hidup sel dan pewarisan sifat-sifat yang diturunkan. Nukleolusmerupakan suatu benda berbentuk bulat terdiri dari filamen dan butiran-butiran. Secarakimiawi nukleolus terdiri atas ADN, ARN, dan protein. Nukleolus berfungsi

untuk sintesaARN ribosom.

Sitoskeleton merupakan rangka sel. Sitoskleleton terdiri dari 3 macam yaitu :

mikrotubul, mikrofilamen, dan filamen intermediet. Mikrotubul tersusun atas dua molekulprotein tubulin yang bergabung membentuk tabung. Fungsi mirkotubul memberikanketahanan terhadap tekanan pada sel, perpindahan sel (pada silia dan flagella), pergerakankromosom saat pembelahan sel (anafase), pergerakan organel, membentuk sentriolpada selhewan. Mikrofilamen merupakan filamen protein kecil yang tersusun atas dua rantai proteinaktin yang terpilin menjadi satu. Mikrofilamen memiliki fungsi memberi tegangan pada sel,mengubah bentuk sel, kontraksi otot, aliran sitoplasma, perpindahan sel (misalnyapsudopodia) dan pembelahan sel. Filamen intermediet tersusun atas beberapa macam proteinyang mebentuk serat seperti kabel. Protein yang menyusunnya bermacam-macam sepertikeratin pada molekul protein rambut. Fungsinya memberi tegangan sel, mempertahankanposisi nukleus dan organel tertentu.


Gambar 9. Tiga komponen penting dari sitoskeleton: mikrotubul, filamen mikro, dan

filamen intermediet. Pada gambar di atas ditunjukkan struktur dan ukurandan masing-masing fungsinya. Pada gambar bawah tampak bagaimana peransitoskeleton yang meyokong vili.

Gambar 10. Pada gambar ini juga ditunjukkan fungsi lainnya darisitoskeleton sebagai tempat berjalannya vesikula atauorganel yang harus berpindah dari titik yang satu ke titikyang lainnya dengan tepat di dalam sel.


C. Mitokondria dan Kloroplas sebagai organel pembangkit energi1. Mitokondria

Mitokondria hati umumnya mempunyai lebar kira-kira 0,5 – 1,0 um dan panjang kira-

kira 3,0 um. Ukuran ini khas bagi tipe mitokondria yang bebas dalam sitoplasmaseperti padahati, ginjal dan pankreas. Dalam jaringan lain yang kebebasan mitokondria lebih terbatas,terdapat bentuk dan ukuran yang leih bervariasi.

Di dalam sel mitokondria terdapat secara acak, misal dalam hati; atau menunjukkan

asosiasi ultrastruktur, misal dalam otot lurik yang mitokondrianya tersusun secara teratur diantara serabut-serabut otot dan posisi mitokondria dalam daerah flagel spermatozoa.

Jumlah mitokondria tiap sel sangat bervariasi sesuai dengan tipe sel yaitu berkisar

antara tidak ada (nol) hingga ratusan ribu. Ganggang tidak berwarna Leucothrix danVitreoscilla tidak mempunyai mitokondria. Spermatozoa dan flagellata tertentu sepertiChromulina hanya mempunyai satu mitokondria per sel; hati kurang lebih mempunyai 800mitokondria per sel; beberapa telur “sea urchin” (bulu babi) dan amuba Chaos mempunyaihingga 500.000 mitokondria per sel. Pada beberapa keadaan terdapat kaitan langsung antarajumlah mitokondria per sel dengan keperluan metabolisme sel.

Mitokondria berputar dan berubah bentuk menjadi bermacam-macam konformasi.

Satu mitokondria dapat menunjukkan perubahan bentuk dalam perjalanan waktu. Pada ototlurik dan sel-sel lain yang mitokondrianya tidak terdapat bebas dalam sitosol plastisitasstrukturnya berkurang. Plastisitas dan gerak mitokondria dalam sel menjamin penyebarluasanATP di seluruh sel yaitu di tempat-tempat yang memerlukan ATP.

Mitokondria dibatasi oleh dua membran yaitu membran luar dan membran dalam.

Masing-masing membran mempunyai ciri membran unit. Kedua membran itu tidakbersinambungan. Membran dalam membentuk krista. Karena struktur membrannya rangkapmaka mitokondria mempunyai dua ruangan yaitu ruang antar membran dan matriks. Ruangantar membran sangat sempit tetapi luas permukaannya besar karena melipatnya membrandalam. Matriks nampak halus pada perbesaran rendah, tetapi pada perbesaran kuat, beberapabahan partikel terlihat antara lain granula matriks, ribosom, poliribosom dan filamen DNA.

Struktur morfologi yang paling bervariasi adalah krista. Dalam satu sel tertentu krista

biasanya seragam dan khas bagi sel itu. Dalam tipe-tipe sel yang berbeda, bentuk kristasangat berbeda.

Sebagian besar mitokondria mempunyai krista seperti lamela atau seperti tubul. Krista

yang berbentuk seperti lamela adalah yang paling umum, lamela relatif paralel ataubertumpuk teratur. Sebagai contoh yaitu mitokondria pankreas dan ginjal.


Variasi lain adalah krista “fenestrated” (berlubang-lubang). Contohnya adalah

mitokondria otot terbang insekta. Pada mitokondria lain, krista terutama berbentuk tubul,misal sebagian besar protozoa dan sel-sel mamalia penghasil steroid. Sebab terjadinyaperbedaan bentuk krista belum diketahui. Efek umum krista adalah menambah luaspermukaan membran dalam, sehingga sel menerim enzim respirasi yang cukup untukmemenuhi permintaan ATP.

Pada mitokondria utuh, secara kuantitatif air merupakan komponen paling dominan.

Air berperan dalam reaksi enzimatis, selain sebagai medium fisis agar metabolit dapatberdifusi di antar sistem enzim.

Komponen utama berat kering mitokondria adalah protein. Persentase protein

berkaitan dengan jumlah membran dalam yang ada, karena banyak protein enzimatis danstruktural terdapat dalam membran dalam. Pada beberapa mitokondria, membran dalam dapatmengandung 60% protein total organel. Berdasarkan penyebaran enzim dalam mitokondriatikus, terlihat bahwa membran dalam mengandung 21,3% protein total dan membranluar 4%protein total mitokondria. Menurut perhitungan ini 67% protein terdapat dalam matriks dansisanya dalam ruang antar membran. Protein mitokondria dapat dikelompokkan dalam duabentuk, yaitu protein dapat larut dan protein tidak dapat larut. Protein dapatlarut terutamaadalah enzim matriks dan beberapa protein membran perifer (ekstrinsik). Protein tidak dapatlarut biasanya adalah protein integral dan protein enzim lainnya.

Komposisi lipida mitokondria sangat bervariasi bergantung kepada sumbernya, tetapi

pada semua keadaan fosfolipida adalah bentuk yang sangat dominan, umumnya lebih dari ¾total lipida adalah fosfolipida. Fosfatidilkolin dan fosfatidiletanolamin umum

terdapat dalamjumlah banyak, tetapi kardiolipin terdapat dalam tingkat yang nyata dan kolesterol yangterendah. Banyaknya kardiolipin dan sedikitnya kolesterol secara komposisi, membedakanmembran mitokondria dari membran sel yang lain.

Perbedaan yang jelas antar membran dalam dan luar adalah bahwa membran dalam

mengandung kardiolipin lebih banyak. Kolesterol terutama terdapat di mebran luar.Penyebaran yang berbeda ini yang tentunya berhubungan dengan struktur dan fungsi, belumdimengerti dengan jelas. Umumnya, membran luar lebih menyerupai membran intrasel yanglain dari pada membran dalam.

Selain lipida, sejumlah molekul organik kecil yang berbeda terdapat berasosiasi

dengan membran mitkondria antara lain molekul redoks yang berpartisipasi dalamtransforelektron. Ubikinon (koenzim Q), flavin (FMN dan FAD) dan piridin nukleotida (NAD+)biasanya terikat membran yaitu berasosiasi dengan membran dalam.


Ruang antar membran

Kristae

DNA

Membran luarMatrik

Membran dalam

Gambar 11. Struktur umum dari mitokondria dengan bagian-bagiannya.

Kurang lebih 120 macam enzim telah diidentifikasi terasosiasi dengan mitokondria.

Kira-kira 37% merupakan enzim oksidoreduktase, 10% adalah ligase dan kurang dari 9%adalah hidrolase.

Monoaminoksidase merupakan enzim marker membran luar. Membran dalam lebihkompleks dari pada membran luar. Suksinat dehidrogenase adalah enzim marker membrandalam. Enzim-enzim trasnpor elektron dan fosforilasi oksidatif terasosiasi dengan membrandalam.

Matriks mengandung sekumpulan enzim daur asam sitrat (daur Krebs) dan enzim

yang terlibat dalam sintesis protein, asam nukleat dan asam lemak. Semua enzimdaur asamsitrat terdapat bebas dalam matriks kecuali suksinat dehidrogenase, yang merupakankomponen membran dalam. Jadi, agar piruvat dapat teroksidasi sempurna menjadi CO2 danH2O dengan bantuan enzim-enzim matriks, suksinat harus mengadakan kontak denganmembran dalam sebelum dapat dioksidasi menjadi fumarat.

DNA mitokondria terdapat dalam bentuk sirkular tunggal dan “catenated”,

yaitu duaatau lebih untai berkaitan bersama-sama seperti kaitan dalam rantai, di dalam matriksmitokondria. Satu mitokondria biasanya mempunyai 2-6 kopi DNA, sehingga jumlahmtDNAper sel mencapai 108 atau bergantung kepada jumlah mitokondria dalam tipe sel tertentu.

Peran mtDNA dalam mitokondria sama dengan peran DNA inti sel eukariot, yaitu

memproduksi rRNA, tRNA dan mRNA. Sistem genetika mitokondria sangat bergantungkepada sistem genetika inti.


Mekanisme transkripsi dan translasi di dalam mitokondria bergantung kepada genetik

inti. Bahan- bahan tertentu seperti rRNA, tRNA dan mRNA tidak bergantung kepada inti.Tetapi, protein tertentu ditentukan oleh inti seperti protein ribosom, RNA polimerase, DNApolimerase, tRNA aminoasil sintetase dan faktor- faktor sintesis protein. Fenomena yangmenarik adalah bahwa mtDNA tidak dapat diekspresi dan direpllikasi tanpa bantuan inti.

Sifat semiotonom mitokondria terlihat dari cara sintesis ribosom mitokondria. RNA

ribosom mitokondria ditranskripsi di mtDNA sedang protein ribosom mitokondriaditranskripsi dari DNA inti, kemudian ditranslasi pada ribosom sitoplasma dan akhirnyadiangkut ke dalam mitokondria untuk perakitan partikel nukleoprotein (ribosom).

Mitokondria tumbuh dengan penambahan komponen-komponen pada struktur tua,akibatnya satu mikondria membelah menjadi dua. Satu atau lebih krista yang terletak ditengah-tengah tumbuh memanjang melewati matriks dan kemudian berfusi dengan membrandi depannya sehingga membentuk satu pemisah. Matriks dipisahkan menjadi duakompartemen. Membran luar berinvaginasi pada bidang pemisah, setelah itu mengadakankonstriksi sehingga terjadi fusi antara kedua membran dalam. Dengan demikian terbentuklahdua mitokondria anak yang terpisah.

Seluruh proses tumbuh yang ditunjukkan oleh bertambahnya luas permukaanmembran dan pembelahan, diatur oleh inti.

Diferensiasi mitokondria menjadi organel yang berfungsi bergantung kepadagenom

mitokondria dan bekerja bersama-sama genom inti dalam mengarahkan perakitan enzimrespirasi. Pada tingkat inilah terlihat dengan jelas saling ketergantungan kedua genom sel itu.Tidak satupun dari genom yang berfungsi secara terpisah dapat mendiferensiasi mitokondria.

terjadi didalam matrik

terjadi dimembran dalam

Gambar 11. Rangkaian respirasi sel yang melibatkan mitokondria, oksidasi

asam piruvat, siklus asam sitrat, dan rantai respirasi terjadi padamitokondria. Dalam gambar ditunjkkan juga berbagai sumberenergi yang dapat digunakan dalam menghasilkan energi.

2. KloroplasSel sebagian besar tumbuhan tinggi umumnya mengandung antara 50 – 200 kloroplas.

Kalau dilihat dari samping bentuknya seperti lensa dengan satu sisi/permukaan cembung danpermukaan lain cekung, datar atau cembung. Sumbu panjang kloroplas itu sering berukuran5–10 µm. Dilihat dari atas kloroplas nampak sebagai elips (Gambar 8).

Pada tumbuhan rendah dan terutama pada beberapa mikroorganisme, bentuknyasangat berbeda dari yang terlihat pada tumbuhan tinggi dan sering jumlahnya terdapat sedikit.

Sebagai contoh:Euglena gracilis : kurang lebih 10 kloroplas/sel


ChlamydomonasSpirogyra

: satu kloroplas/sel, berbentuk mangkuk: satu kloroplas/sel, berbentuk pita yang memanjang di seluruh sel

Pada dasarnya, kloroplas (Gambar 9) dibatasi oleh dua sistem membran yaitu

membran luar dan membran dalam, yang dipisahkan oleh ruang antar membran. Membrandalam dihubungkan dengan suatu kompleks membran yaitu membran bagian dalam yangmelintasi bagian dalam kloroplas. Dengan demikian, organel itu adalah suatu sistem tigamembran.

Gambar 12. Struktur kloroplas, secara skematis tampak bagian-bagian dari kloroplas

dan fungsinya masing-masing.

Bentuk membran bagian dalam yang paling umum adalah satu kantung yangdipipihkan yang disebut tilakoid. Tilakoid itu terdapat dalam stroma. Tumpukkan beberapatilakoid disebut grana, sehingga masing-masing tilakoidnya disebut tilakoid grana. Tilakoid

yang memanjang ke stroma disebut tilakoid stroma. Bagian dalam tilakoid disebut lokulus.Membran-membran pada kloroplas membatasi tiga kompartemen yang terpisah yaitu ruangantar membran, stroma dan lokulus.

Reaksi-reaksi forosintesis bergantung cahaya berlangsung dalam tilakoid sedang

reaksi asimilasi (fiksasi) CO2 terjadi dalam stroma.


Membran luar kloroplas tumbuhan tinggi dipisahkan dari membran dalam olehruang

kira-kira 10 nm. Membran tersebut permeabel bagi bermacam-macam senyawa denganberatmolekul rendah seperti nukleotida, fosfat organik, derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dansukrosa. Dengan demikian ruang antar membran mengandung molekul-molekul nutriensitosol.

Membran dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan stroma.

Membran dalam tidak permeabel bagi sukrosa dan berbagai anion, misal di- dantrikarboksilat, fosfat dan senyawa-senyawa seperti nukleotida dan gula fosfat.

Membran dalam permeabel bagi CO2 dan asam-asam monokarboksilat tertentu, misal

asam asetat, asam gliserat dan asam glikolat. Membran dalam kurang permeabel bagi asamamino. Membran dalam mengandung protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat,fosfogliserat, dihidroksiaseton fosfat, dikarboksilat dan ATP.

Sistem membran bagian dalam yang terdapat dalam stroma membentuk suatu jalinan

yang sangat kompleks. Membran tilakoid mengandung enzim lengkap untuk melaksanakanreaksi-reaksi fotosintesis yang bergantung cahaya. Membran tilakoid merupakan tempatklorofil, pembawa-pembawa elektron dan faktor-faktor yang menggabungkan transporelektron dengan fosforilasi.

B

A

Gambar13. Letak klorofil pada membran tilakoid grana (A) dan struktur

klorofil yang berintikan Mg pada kepalanya.


Stroma mengandung enzim-enzim yang penting untuk melaksanakan asimilasi CO2

dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Beberapa macam partikel juga terdapat seperti butirpati, plastoglobulin yaitu tempat penyimpan lipida, plastokinon dan tokoforilkinon. Stromajuga mengandung ribosom dan DNA.

Membran tilakoid kira-kira 50% terdiri atas lipida,kurang lebih 10% dari padanya

adalah fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil adalah galaktolipida dan sulfolipida, yangmasing-masing 45% dan 4% dari total lipida. Selain itu terdapat molekul-molekul lipidaseperti klorofil, karotenoid dan plastokinon. Jumlah klorofil kira-kira 20% dari lipida totalmembran tilakoid.

Gambar14. Peristiwa transfer elektron non siklik dan fotolisis air yang terjadi pada tilakoid

grana, terdapat dua fotosistem, fotosistem I dan II pada saat reaksi terang.

Gambar15. Menunjukkan bagaimana peristiwa transfer elekton siklik padaFotosistem Iproduknya bukan NADPH tetapi ATP.

Kloroplas mempunyai tingkat otonomi di dalam sel yang dalam banyak hal sama

dengan mitokondria. Dalam stroma terdapat DNA. Dengan genom itu sejumlah protein khaskloroplas dibuat dengan menggunakan ribosom yang juga terdapat dalam stroma. Kloroplasjuga melakukan replikasi.

Seluruh genom kloroplas terdapat di dalam satu molekul DNA kloroplas (ctDNA)

yang sirkular. Biasanya DNA terdapat dalam kopi berganda sebanyak 20-60 ctDNA perkloroplas. Panjang DNA sering 45 um, tetapi bergantung kepada spesies dapat berkisar antara40-60 um.

ctDNA cukup besar sehingga dapat mengkode lebih dari 150 protein. Masing-masing

dengan berat molekul 50.000 dalton. Ini kira-kira sama dengan jumlah berbagai protein yangterdapat dalam kloroplas, baik protein struktural maupun enzim yang penting untukfotosintesis, sintesis karbohidrat, lipidan dan protein. Namun kloroplas tidakmengkode

semua protein itu sendiri. Replikasi dan difereniasi dikontrol sebagian oleh genom inti dansebagian oleh ctDNA.

Banyak protein stroma dan protein membran tilakoid dikode seluruhnya olehDNA

inti dan dibentuk di ribosom sitoplasma. Misalnya subunit kecil enzim ribulosadifosfatkarboksilase dan enzim-enzim daur Calvin, asam nukleat polimerase dan aminoasil-tRNAsintetase disintesis disitoplasma di bawah arahan inti dan dimasukkan ke dalamkloroplas.


Dengan demikian, kloroplas bergantung kepada genom inti untuk melaksanakan daur

Calvin dan fotofosforilasi.Kloroplas berasal dari kloroplas yang sudah ada selama daur hidup tumbuhan tinggi

dan diteruskan ke sel-sel turunannya selama pembelahan sel. Tipe pembelahan sama sepertipada mitokondria. Penyempitan terjadi dekat tengah-tengah plastida dan kedua turunandihasilkan dari pemisahan membran-membran di daerah itu.

Umumnya pembelahan kloroplas tidak serempak di dalam jaringan atau seltumbuhan. Sejumlah faktor-faktor lingkungan mempengaruhi replikasi dan diferensiasi.Karena itu puncak replikasi akan terlihat apabila keadaan lingkungan optimal.

ReferensiKarp, G., 2007. Cell and Molecular Biology concepts and experiments, John Wiley & Sons,

Inc. (Asia).Thorpe, N.O, 1984. Cell Biology. John Wiley & Sons, Inc, NewYork.Alberts, B., D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts and J.D. Watson, 1989, Molecular

Biology of the cell, Garland Publ., Inc, New York.Campbell, N.A., J.B. Reece, L.G. Mitchell, 2002. Biologi. Erlangga. Jakarta.

biologi sel

Documents

Transcript of biologi sel